Биохимические маркеры метаболизма скелетных мышц, клиническое значение в онкологии: обзор литературы

Изменение метаболизма скелетных мышц играет ключевую роль в патогенезе онкопатологий многих локализаций, особенно в контексте саркопении и раковой кахексии [1–3]. Биохимические маркеры, отражающие метаболическую активность и повреждение мышечной ткани, могут служить важными индикаторами состояния пациента, а также помогают в прогнозировании нежелательных эффектов терапии, исходов лечения.

Среди наиболее изученных показателей особое место занимают миокины (иризин, интерлейкин-6, интерлейкин-15), кахектические факторы (фактор некроза опухоли (TNF-α), интерлейкин-1), протеинмобилизирующий фактор, липид-мобилизирующий фактор, маркеры энергетического метаболизма (лактат, креатинкиназа, аденозинмонофосфат – активируемая протеин-киназа) [4–11]. Ученые отмечают ключевую роль аутофагии в поддержании гомеостаза мышечной ткани [12–16]. В настоящее время публикуется все больше данных о прогностической роли ци-статина С и соотношения кретинин/цистатин С в отношении нежелательных эффектов лечения, клинических исходов [17–19].

Сложная молекулярная структура взаимодействия катаболических и анаболических механизмов, регулирующих гомеостаз скелетных мышц, а также отсутствие единых подходов к оценке и коррекции сниженного мышечного статуса у пациентов с онкопатологией ставят перед клиницистами научно-практическую задачу поиска оптимального алгоритма диагностики, новых терапевтических стратегий в данном направлении.

Цель исследования – проанализировать современную литературу о подходах к оценке биохимических маркеров метаболизма скелетных мышц, определить перспективные направления исследований в данной области, обозначить возможные терапевтические стратегии.

Эволюция понятия « саркопения »

и современные аспекты снижения мышечного статуса у онкологических пациентов

С 1980-х гг. исследователи начали все чаще отмечать, что снижение мышечной массы у пожилых людей оказывает значительное влияние на их подвижность, риск падений и общее качество жизни. Однако для описания этого феномена не существовало четкой терминологии. И. Розенберг предложил термин «саркопения» (от греческих слов «sarx» – мясо и «penia» – утрата или потеря), чтобы акцентировать внимание на утрате мышечной ткани как ключевом аспекте возрастных изменений [20]. Работы И. Розенберга вдохновили множество исследователей в области геронтологии, и в 2010 г. Европейская рабочая группа по саркопении у пожилых людей впервые предложила диагностические критерии саркопении, включающие: оценку мышечной массы, мышечной силы, функциональной производительности [21].

Одним из фундаментальных исследований в области сниженного мышечного статуса онкологических пациентов является работа L. Martin et al. (2013) [1], которые отметили, что саркопения является ключевым предиктором низкой выживаемости, независимо от индекса массы тела пациентов. Исследование С.М. Prado et al. [2] выявило значительные различия в компонентном составе тела, акцентируя внимание на саркопеническом ожирении, где истощение мышц может быть скрыто избыточной жировой массой, что препятствует своевременной диагностике саркопении. Средняя общая выживаемость пациентов с саркопениче-ским ожирением составила 11,3 мес, тогда как у пациентов без саркопении – 21,6 мес (p<0,001). Выявлена тяжелая токсичность (3–4 степени, а именно, лейкопения, нейтропения) у 55 % пациентов с саркопеническим ожирением, по сравнению с 23 % пациентов без саркопении (p=0,004).

В настоящее время опубликованы данные, что не только саркопения, но и миостеатоз является предиктором неблагоприятного прогноза в отношении выживаемости онкологических пациентов. В систематическом обзоре и метаанализе В.К. Лядова и соавт. (2022) [3] подробно рассматриваются методологические аспекты диагностики миостеатоза и его клиническое значение. Авторы анализируют различные диагностические критерии и подчеркивают гетерогенность исследований, связанную с этническими различиями и используемыми пороговыми значениями.

Относительно недавние исследования доказывают, что снижение мышечной массы связано не только с процессом старения и зачастую имеет патологический характер. Патогенез снижения мышечного статуса является мультимодальным процессом, ключевыми факторами которого являются: снижение физической активности, нарушение питания и дефицит белкового компонента, гормональный дисбаланс анаболических и катаболических гормонов, наличие хронических заболеваний и воспалительного процесса, инсулинорезистент-ность. Вышеописанные факторы, взаимодействуя между собой, создают «порочный круг», который ускоряет прогрессирование саркопении [22].

Одной из причин сниженного мышечного статуса в настоящее время принято считать нарушение питания. Европейским сообществом по клиническому питанию и метаболизму в 2017 г. представлена новая классификация, которая включает различные типы недостаточности: саркопения и синдром старческой астении (frailty syndrome), избыточное питание, включая саркопеническое ожирение, недостаточное питание (истощение при заболеваниях и травмах, истощение при голодании, истощение при расстройствах аппетита), нарушение обмена микронутриентов [23, 24].

Патогенетические аспекты саркопении

К вторичной (патологической) саркопении приводят 4 основных механизма, в результате которых происходит усиленная потеря мышечного белка: убиквитин-протеасомный, лизосомально-аутофагальный, кальций-зависимый, каспазозависимый (семья протеолитических энзимов – каспаза-3, М-кальпаин, катепсин L) [25].

Длительное время аутофагия рассматривалась преимущественно как негативная реакция организма на стрессовое состояние, приводящая к катаболизму мышечных волокон и истощению мышечной ткани. Однако в настоящее время выдвигается гипотеза, что клеточная аутофагия является защитным механизмом поддержания состояния скелетных мышц. I. Vanhorebeek et al. [12] рассматривают аутофагию как механизм поддержания клеточного гомеостаза, который играет важную роль в удалении поврежденных органелл, белков и предотвращении апоптоза. Однако в био-птатах мышечной и печеночной ткани критически больных пациентов была выявлена значительно сниженная экспрессия белков, ключевых регуляторов аутофагии. Пациенты с наиболее выраженным подавлением процесса аутофагии имели повышенный риск органной недостаточности и большую частоту летальных исходов. Снижение процесса клеточной аутофагии также коррелировало с худшим функциональным восстановлением у выживших пациентов.

В 2009 г. E. Masiero et al. [13] обнаружили, что при блокировке гена аутофагии (Atg7) наблюдается выраженная атрофия мышц (расширение саркоплазматического ретикулума, появление атипичных гигантских митохондрий, нарушенная организация саркомеров). У мышей с дефектами аутофагии наблюдалось уменьшение площади поперечного сечения мышечных волокон на 20 %, а также значительное снижение силы сокращения (p<0,001). Электронная микроскопия выявила аномальные мембранные структуры и крупные агрегаты белков, положительные на субстраты аутофагии (белок p62, убиквитин). Относительно недавние исследования подтверждают гипотезу, что нарушение аутофагического пути может быть одной из причин возрастной саркопении, миопатий и других заболеваний, сопровождающихся потерей мышечной массы.

I. Vanhorebeek et al. (2011) [14] исследовали влияние нарушения процесса аутофагии у пациентов, длительно находящихся в реанимации. Био-птаты скелетных мышц и печени были получены у пациентов во время плановых хирургических вмешательств (абдоминальных операций) и с последующим использованием методов электронной микроскопии и иммуноблоттинга белков. Целью было определение активности аутофагии по ключевым маркерам LC3-I, LC3-II, p62/SQSTM1 и признакам митофагии. Результаты показали, что у пациентов, несмотря на активацию транскрипционных регуляторов, не происходило должного созревания аутофагосом: отсутствовало увеличение LC3-II, накапливался p62, что указывает на нарушение активации процесса аутофагии. Эти изменения сопровождались накоплением поврежденных митохондрий и белков в клетках печени и мышцах, что, по мнению авторов, усугубляет тканевые повреждения и способствует полиорганной недостаточности.

Относительно недавние исследования показывают, что в клетке существует несколько путей деградации и элиминации клеточных компонентов, основными являются два механизма – процесс аутофагии, играющий роль при длительном воздействии стресс-факторов на клетку; убиквитин-протеасомный, активирующийся преимущественно на ранних этапах стресса [26]. Нарушение процесса аутофагии может стать толчком к развитию сарко-пении. В течение времени в мышечных тканях происходит накопление «дефектных» митохондрий, субстратов клеточного оксидативного стресса, что приводит к повреждению мышечных белков, апоптозу, нарушению регенеративной способности клеток [27, 28].

Процесс аутофагии включает 5 этапов: зарождение фагофора, удлинение его мембраны, захват мишеней, образование аутофагосомы и ее слияние с лизосомой для деградации содержимого. Формирование аутофагосом регулируется комплексом ULK1 (инициирующая аутофагию киназа 1), который активируется AMPK (5’-активированной аде-нозинмонофосфатпротеинкиназой) и подавляется mTORC1 (мишень рапамицина млекопитающих). Белки Beclin-1 (беклин-1) и Vps34 (вакуолярный белок – сортировщик 15/34) способствуют образованию фагофора. Удлинение мембраны обеспечивается убиквитин-подобными системами. Аутофагосомы транспортируются к лизосомам по микротрубочкам, взаимодействуя с моторными белками. Также в процессах аутофагии может участвовать актиновый цитоскелет [15, 16, 29–31].

В настоящее время ключом к разработке терапии, направленной на восстановление мышечной массы и функции, является таргетная коррекция нарушений транскрипционной регуляции аутофагии в скелетной мышце (транскрипционные факторы – FoxO3,TFEB, TFE3, ATF4, NF-kB); использование интервенционных стратегий, способствующих восстановлению метаболического гомеостаза скелетных мышц (применение рапамицина) [32–34]. Несмотря на то, что исследования показывают перспективность модуляции аутофагии и митофагии при мышечной дистрофии, все эти подходы пока остаются на стадии лабораторных или ранних клинических испытаний и не используются в клинической практике.

Синдром анорексии-кахексии

Кахексия – это выраженное истощение (индекс массы тела <17 кг/м2), сопровождающееся снижением мышечного статуса, жирового компонента, которое приводит к полиорганным нарушениям, увеличивая частоту послеоперационных осложнений, влияет на выживаемость и исходы лечения [25]. При наличии вышеописанных состояний, отсутствии снижения индекса массы тела (ИТМТ) менее 17 кг/м2 диагностируется прекахексия. В течении и прогрессировании кахексии выделяют три стадии: прекахексия, выраженная кахексия, необратимая кахексия [25]. Данные патологические состояния выявляются у пациентов с различными злокачественными новообразованиями: опухолями желудочно-кишечного тракта, дыхательной системы, головы и шеи, молочной железы, предстательной железы, кроветворной системы [25, 35]. В основе патогенеза вышеописанного состояния лежит действие цитокиновых (синоним кахектических) факторов (TNF-α, ИЛ-1, ИЛ-6, ИФН-y). Фактор ИЛ-6, лейкемический ингибирующий фактор, онкостатин М активируют сигнальный путь JAK/STAT3, что способствует разрушению мио-фибрильных белков (актин, миозин), стимулирует гормон-чувствительную липазу, вызывая распад триацилглицеролов, увеличивая экспрессию β3-адренергических рецепторов, активируя липолиз и дальнейшие потери жировой ткани. Активация STAT3 приводит к усиленной продукции ИЛ-6, TNF-α, ИЛ-1β, создавая «порочный круг», угнетая анаболические пути [4–6].

Ключевую роль в отношении увеличения мышечной массы играет путь, активируемый инсулиноподобным фактором роста 1 (IGF-1), который связывается с рецептором на поверхности мышечных клеток, что приводит к активации фосфатидилинозитол-3-киназы (PI3K) с последующей активацией Akt (или протеинкиназа B, РКВ). В свою очередь, активация Akt запускает анаболический каскад: стимулирует путь mTORC1, ускоряет транспорт глюкозы в мышечные клетки, блокирует транскрипцию убиквитиновых лигаз [11]. В настоящее время Akt рассматривается как центральный узел регуляции катаболических и анаболических процессов в мышечной ткани. Гиперактивация Akt (например, из-за постоянного стимулирования mTORC1) может быть причиной инсулинрезистентности, митохондриальной дисфункции, раннего «старения» мышечной ткани. Недостаточная активность Akt (при саркопении, раковой кахексии) приводит к ускоренной потере мышечной массы. Ряд исследований показывают, что миостатин ингибирует фосфорилирование Akt, нарушая передачу сигналов через путь IGF-1/ PI3K/Akt. В результате увеличивается уровень активного фактора FoxO, приводя к активации генов, связанных с атрофией [10, 11]. В настоящее время фармакологическая активация Akt рассматривается как стратегия лечения мышечной атрофии и дистрофии.

Также известна роль липидмобилизирующего фактора (ЛМФ) в отношении синдрома анорексии- кахексии. Недавние исследования установили, что ЛМФ является одним из ключевых факторов, ответственных за потерю липидов у онкологических пациентов. ЛМФ увеличивает уровень циклического аденозинмонофосфата в адипоцитах, что приводит к активации гормон-чувствительной липазы и усилению липолиза, усугубляя энергетические потери [39, 40].

Опубликованы данные о роли протеин-мобили-зирующего фактора (ПИФ) в развитии саркопении [7, 41]. Первые исследования этого белка проводили на мышах, данные опубликованы в 1993 г. Были описаны механизмы деградации мышечных белков у животных с экспериментальной моделью кахексии, вызванной аденокарциномой. M.J. Tisdale et al. (2002) опубликовали данные о белке молекулярной массой около 24 кДа, который обладает специфической гликопротеиновой структурой. ПИФ был выделен в крови онкологических пациентов с кахексией и отсутствовал у пациентов без потери массы тела. Современные исследования подтверждают и расширяют гипотезу индуцирующего действия ПИФ на деградацию мышечных белков через убиквитин-протеасомный путь, повышая экспрессию специфических протеасомных субъединиц, усиливая убиквитиновую конъюгацию в мышечных клетках [7, 41].

Кальций-зависимый путь деградации мышечного белка играет одну из ключевых ролей в регуляции протеолиза в скелетных мышцах через кальпаины (CAPN1, CAPN2) – (семейство кальций-зависимых цистеиновых протеаз) и связан с развитием кахексии, саркопении и других дегенеративных заболеваний скелетно-мышечной системы. Этот процесс регулируется кальпаино-вым протеолитическим каскадом и взаимодействует с убиквитин-протеасомной системой и процессом аутофагии. Повышенная концентрация внутриклеточного кальция активирует кальпаины, способствуя протеолизу ключевых структурных белков мышечной ткани (десмин, тропонин, тропомиозин, фокальные адгезионные белки), что приводит к ослаблению миофибрилл, нарушению уровня актин-миозинового взаимодействия, дестабилизации сарколеммы. Вышеописанные белки распознаются убиквитиновыми лигазами, метятся убиквитином и утилизируются в ходе убиквитин-протеасомной деградации посредством 26S протеа-сомы, где они разрушаются до коротких пептидных фрагментов. Также кальпаины повреждают ключевые регуляторы аутофагии, способствуя накоплению дефектных белков, снижая регенеративную активность мышечной ткани [8, 42, 43]. Катаболические пути миопатий, возможные терапевтические точки лечения представлены на рис. 1. Убиквитин-протеасомный путь (отмечен фиолетовым цветом) запускается в ответ на воспаление, окислительный стресс и энергетический дефицит (катаболические стимулы). Ключевым звеном является транскрипционный фактор FOXO (центральный транскрипционный фактор), активирующий гены MuRF1 и Atrogin-1, кодирующие убиквитиновые лигазы, которые «помечают» мышечные белки для разрушения. Одновременно энергетический стресс активирует AMPK, который подавляет mTORС1 (мультибелковый комплекс, регулятор синтеза белка, подавления аутофагии) и запускает лизосомально-аутофагический (отмечен зеленым цветом) протеолиз через киназы ULK1/2 (ключевые киназы, инициирующие процесс аутофагии).

При воспалении и стрессе эндоплазматического ретикулума усиливается каспазозависимый путь (отмечен синим цветом): через рецепторы TNF-α активируются каспазы 3, 8 и 9, способствующие апоптозу. Повышение внутриклеточного кальция, характерное для саркопении, активирует кальпаи-ны – протеазы, расщепляющие белки и дополнительно усиливающие апоптоз (кальций-зависимый путь, отмечен коричневым цветом). Данные механизмы функционируют согласованно, взаимно усиливая эффект мышечной атрофии.

Прогностическая роль цистатина С

Цистатин С – низкомолекулярный белок (~13 кДа), который принадлежит к семейству ци-статинов, ингибиторов цистеиновых протеаз. Он играет ключевую роль в регуляции активности цистеиновых протеаз, таких как катепсины B, H и L, которые участвуют в деградации белков, ремоделировании тканей в воспалительных процессах. В нормальных условиях цистатин С регулирует активность катепсинов, предотвращая неконтролируемую деградацию белков. В патологических условиях (воспалительный процесс, онкопатология) дисбаланс между уровнем цистатина С и активностью катепсинов может приводить к разрушению белков внеклеточного матрикса, нарушая тканевый гомеостаз [44].

В настоящее время поступает все больше данных о роли цистатина С и соотношения креатинин/ цистатин С в прогнозировании клинических исходов, токсических осложнений и оценке состояния онкологических больных [17–19, 45]. У пациентов с немелкоклеточным раком легкого, с токсичностью противоопухолевого лечения grade ≥3 выявлено снижение соотношения креатинин/ цистатин С (Cr/CysC). Пациенты с низким соотношением креатинина к цистатину С имели повышенный риск токсичности, особенно при применении платиносодержащих схем химиотерапии [46]. C.Y. Jung et al. [17] опубликовали данные о связи низкого соотношения Cr/CysC с увеличением риска смерти на 34 % (HR=1,34, 95 % CI 1,15–1,58, p<0,001).

Низкий уровень Cr/CysC является прогностическим маркером для пациентов с колоректальным раком. Получены данные, иллюстрирующие отрицательную корреляцию между низким Cr/CysC и

прогрессированием заболевания (PFS) и общей выживаемостью (OS). Показатели PFS у пациентов с низким уровнем Cr/CysC составили 50,8 % против 63,9 % у пациентов с высоким Cr/CysC (p=0,002); OS – 52,5 vs 68,9 % (p<0,001) [18].

Данное отношение коррелирует с онкологическим маркером СА-125 у пациенток с раком яичников (r=0,4, p=0,02 – до химиотерапии; r=0,43, p=0,04 – после первого цикла). Однако не выявлено значительной корреляции между уровнями цистатина C и маркерами скорости клубочковой фильтрации (СКФ). Исследователи пришли к выводу, что цистатин C – ненадежный маркер СКФ при раке яичников из-за его роли как ингибитора цистеиновой протеазы, и его прогностическую роль можно оценивать вне зависимости от функции почек [45].

Обсуждение

Непреднамеренная потеря массы тела (особенно в контексте саркопении, кахексии) является распространенной, нерешенной проблемой в онкологическом сообществе, являясь одним из предиктивных факторов развития нежелательных явлений противоопухолевого лечения, неблагоприятного прогноза. С 1980 г. изучаются аспекты патогенеза данного патологического состояния [7, 12, 13, 20, 39]. В основе различных видов саркопении лежит 4 патогенетических механизма потери мышечной массы, взаимосвязанных между собой: убиквитин-протеасомный, лизосомо-аутофагальный, каспазозависимый и кальпаин-зависимый (кальций-зависимый). Кроме того, свое влияние на прогрессирование данного состояния оказывают такие факторы, как нарушение митохондриального клеточного обмена, оксидативный стресс, стресс эндоплазматического ретикулума, хроническое воспаление.

Найдены терапевтические ключевые точки лечения миопатий: таргетная модуляция транскрипционной регуляции аутофагии в скелетной мышце. Особый интерес представляют транскрипционные факторы, такие как FoxO3, TFEB,